【正文】 面我們對異步機做以下的簡單介紹。異步電機一般稱感應(yīng)電機即可作為發(fā)電機也可作為電動機。異步機作為電動機應(yīng)用非常廣泛異步機作為發(fā)電機的情況則比較少。但由于異步發(fā)電機具有結(jié)構(gòu)簡單價格便宜堅固耐用維修方便啟動容易并網(wǎng)簡單等特點在大中型風力發(fā)電機組中得到廣泛應(yīng)用。異步發(fā)電機的基本結(jié)構(gòu)和同步發(fā)電機的一樣，也是由定子和轉(zhuǎn)子兩大部分組成。異步機的定子與同步機基本相同，其轉(zhuǎn)子可分為繞線式和鼠籠式，繞線式異步機的轉(zhuǎn)子繞組和定子繞組相同，鼠籠式異步機的轉(zhuǎn)子繞組是由端部短接的銅條或鑄鋁制成像鼠籠一樣。異步機是利用電磁感應(yīng)原理通過定子的三相電流產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場并與轉(zhuǎn)子繞組中的感應(yīng)電流相互作用產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩以進行能量轉(zhuǎn)換。通常異步機的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速總是略低于或略高于旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速。旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速之間的差為轉(zhuǎn)差，轉(zhuǎn)差與同步轉(zhuǎn)速的比值稱為轉(zhuǎn)差率用表示 (122)轉(zhuǎn)差率是表證異步機運行狀態(tài)的一個基本變量。若電機用原動機驅(qū)動使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速高于旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速（）則轉(zhuǎn)差率，此時電磁轉(zhuǎn)矩的方向與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向和旋轉(zhuǎn)磁場兩者的方向相反即電磁轉(zhuǎn)矩為制動轉(zhuǎn)矩。此時轉(zhuǎn)子從原動機吸收機械功率通過電磁感應(yīng)由定子輸出電功率電機處于發(fā)電機狀態(tài)。（2）異步風力發(fā)電機的參數(shù)風輪額定轉(zhuǎn)速風輪額定轉(zhuǎn)速是風輪在額定風速時的轉(zhuǎn)速。風輪額定轉(zhuǎn)速也是風力發(fā)電機設(shè)計的重要參數(shù)之一。它是由葉尖速比及發(fā)電機功率決定的參數(shù)。發(fā)電機額定功率發(fā)電機的額定功率是發(fā)電機在額定功率因數(shù)下連續(xù)運行而輸出的功率它是由用戶提出或由不同的使用目的而確定的。它是風力發(fā)電機設(shè)計的最基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。單位為KW；也有用視在功率表示的單位為KVA。發(fā)電機是交流還是直流微小型風力發(fā)電機常用直流發(fā)電機中、大型風力發(fā)電機常用交流發(fā)電機。這要視用戶的用途、發(fā)電機功率而確定。交流發(fā)電機分同步和異步交流發(fā)電機、異步交流發(fā)電機也稱感應(yīng)交流發(fā)電機。永磁交流發(fā)電機等。發(fā)電機額定電壓發(fā)電機額定運行時電壓為定子或轉(zhuǎn)子輸出的電壓，單位為V。額定功率因數(shù)發(fā)電機在額定運行時其有功功率與視在功率的比值用以下公式來表示 (123)P為有功功率 KW，S為視在功率KVA，cos與負載性質(zhì)有關(guān)。發(fā)電機額定轉(zhuǎn)速發(fā)電機在額定功率運行時的轉(zhuǎn)速用表示。額定頻率發(fā)電機額定運行時其電壓變化的頻率。中國交流電網(wǎng)電壓頻率為50Hz。國外也有交流電網(wǎng)60Hz的。發(fā)電機額定勵磁電流發(fā)電機在額定運行時的勵磁電流。發(fā)電機額定溫升發(fā)電機在額定功率輸出及額定負載下定子繞組與轉(zhuǎn)子繞組允許的最高溫度與額定入口風溫的差值。同步轉(zhuǎn)速對于額定頻率為f 的交流發(fā)電機其同步轉(zhuǎn)速 (124)式中 ——發(fā)電機的極對數(shù)；——同步轉(zhuǎn)速r/min。風力發(fā)電機的全效率風力發(fā)電機的全效率為風輪葉片接受風能的效率、增速器的效率、發(fā)電機的效率、傳動系統(tǒng)效率等的積 (125)第二章 風力發(fā)電控制系統(tǒng)模型的建立風力發(fā)電機組控制系統(tǒng)工作的安全可靠性已成為風力發(fā)電系統(tǒng)能否發(fā)揮作用，甚至成為風電場長期安全可靠運行的重大問題。在實際應(yīng)用過程中，尤其是一般風力發(fā)電機組控制與檢測系統(tǒng)中,控制系統(tǒng)滿足用戶提出的功能上的要求是不困難的。往往不是控制系統(tǒng)功能而是它的可靠性直接影響風力發(fā)電機組的聲譽。有的風力發(fā)電機組控制系統(tǒng)的功能很強,但由于工作不可靠,經(jīng)常出故障,而出現(xiàn)故障后對一般用戶來說維修又十分困難，于是這樣一套控制系統(tǒng)可能發(fā)揮不了它應(yīng)有的作用。因此對于一個風力發(fā)電機組控制系統(tǒng)的設(shè)計和使用者來說,系統(tǒng)的安全可靠性必須認真加以考慮,必須引起足夠的重視。我們的目的是希望通過控制系統(tǒng)的設(shè)計，采取必要的手段使我們的系統(tǒng)在規(guī)定的時間內(nèi)不出故障或少出故障，并且在出故障之后能夠以最快的速度修復(fù)系統(tǒng),使之恢復(fù)正常工作。 風力發(fā)電機組的基本控制要求 風力發(fā)電機組運行的控制要求(1) 控制思想[3]定槳距失速型機組控制風速超過風力發(fā)電機組額定風速以上時，為確保風力發(fā)電機組輸出功率不再增加，導(dǎo)致風力發(fā)電機組過載，通過空氣動力學(xué)的失速特性，使葉片發(fā)生失速，從而控制風力發(fā)電機組的功率輸出。變槳距失速型機組控制風速超過風力發(fā)電機組額定風速以上時，為確保風力發(fā)電機組輸出功率不再增加，導(dǎo)致風力發(fā)電機組過載，通過改變槳葉節(jié)距角和空氣動力學(xué)的失速特性，使葉片吸收風功率減少或者發(fā)生失速，從而控制風力發(fā)電機組的功率輸出?？刂乒δ芎涂刂茀?shù)節(jié)距限制、功率限制、風輪轉(zhuǎn)速、電氣負荷的連接、起動和停機過程、電網(wǎng)或負荷丟失時的停機、扭纜的限制、機艙對風、運行時電量和溫度的限制。保護環(huán)節(jié)以失效保護為原則進行設(shè)計自動執(zhí)行保護功能：超速、發(fā)電機過載和故障、過振動、電網(wǎng)或負載丟失、脫網(wǎng)時的停機失敗時。保護環(huán)節(jié)為多級安全鏈互鎖在控制過程中具有“與”的功能在達到控制目標方面可實現(xiàn)邏輯“或”結(jié)果。(2) 自動運動的控制要求開機并網(wǎng)控制:當風速10分內(nèi)的平均值在系統(tǒng)工作區(qū)域內(nèi)，風力發(fā)電機組起動→軟切入狀態(tài)→機組并入電網(wǎng)。小風和逆功率脫網(wǎng):機組在待風狀態(tài)→10分平均風速小于脫網(wǎng)風速→脫網(wǎng)→風速再次上升→風機旋轉(zhuǎn)→并網(wǎng)。普通故障脫網(wǎng)停機:參數(shù)越限、狀態(tài)異?！胀ㄍC→剎車→軟脫網(wǎng)→剎機械閘→計算機自行恢復(fù)。緊急故障脫網(wǎng)停機:緊急故障(飛車、超速、負荷丟失等)→緊急停機→偏航控制（90度）→脫網(wǎng)→機械剎車。 安全鏈動作停機：電控制系統(tǒng)軟保護控制失敗→硬性停機→停機。大風脫網(wǎng)控制：10分平均風速大于25m/s時→超速、過載→脫網(wǎng)停機→氣動剎車→偏航控制（90度）→功率下降后脫網(wǎng)→剎機械閘→安全停機→風速回到工作風速區(qū)后→恢復(fù)自動對風→轉(zhuǎn)速上升后→自動并網(wǎng)運動。對風控制：機組在工作風區(qū)→根據(jù)機艙的靈敏度→確定偏航的調(diào)整角度。偏轉(zhuǎn)90度對風控制：機組在大風速或超轉(zhuǎn)速工作時→降低風力發(fā)電機組的功率→安全停機?！?0分平均風速大于25m/s時或超過超速上限時→風力發(fā)電機組作偏轉(zhuǎn)90度控制→氣動剎車→脫網(wǎng)→停機。功率調(diào)節(jié)：當機組在額定風速以上并網(wǎng)運行時→失速型機組→發(fā)電機的功率不會超過額定功率的15%→過載→脫網(wǎng)停機。軟切入控制：軟切入、軟脫網(wǎng)→限制導(dǎo)通角→→控制發(fā)電機端電壓。（3）控制保護要求主電路保護：變壓器低壓側(cè)三相四線進線處設(shè)置低壓配電低壓斷路器→維護操作安全和短路過載保護。過電壓、過電流保護：主電路計算機電源進線端、控制變壓器進線和有關(guān)伺服電動機的進線端均設(shè)置過電壓、過電流保護措施。防雷設(shè)施及熔絲：控制系統(tǒng)有專門設(shè)計的防雷保護裝置。過繼電保護：運行的所有輸出運轉(zhuǎn)機構(gòu)的過熱、過載保護控制裝置。接地保護：金屬部分均要實現(xiàn)保護接地。 風力發(fā)電機組控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理 風力發(fā)電機組的控制目標風力發(fā)電機組是實現(xiàn)由風能到機械能和由機械能到電能兩個能量轉(zhuǎn)換過程的裝置。風輪系統(tǒng)實現(xiàn)了從風能到機械能的能量轉(zhuǎn)換，發(fā)電機和控制系統(tǒng)則實現(xiàn)了從機械能到電能的能量轉(zhuǎn)換過程，在考慮風力發(fā)電機組控制目標時應(yīng)結(jié)合它們的運行方式，重點實現(xiàn)以下目標：（1）控制系統(tǒng)保持風力發(fā)電機組安全可靠運行同時高質(zhì)量地將不斷變化的風能轉(zhuǎn)化為頻率、電壓恒定的交流電送入電網(wǎng)。（2）控制系統(tǒng)采用計算機控制技術(shù)對風力發(fā)電機組的運行參數(shù)、狀態(tài)監(jiān)控顯示及故障處理完成機組的最佳運行狀態(tài)管理和控制。（3）利用計算機智能控制實現(xiàn)機組的功率優(yōu)化控制定槳距恒速機組主要進行軟切入、軟切出及功率因數(shù)補償控制對變槳距風力發(fā)電機組主要進行最佳葉尖速比和額定風速以上的恒功率控制。（4）大于開機風速并且轉(zhuǎn)速達到并網(wǎng)轉(zhuǎn)速的條件下風力發(fā)電機組能軟切入自動并網(wǎng)保證電流沖擊小于額定電流。當風速在4～7m/s之間切入小發(fā)電機組（小于300kW）并網(wǎng)運行當風速在7～30m/s之間切入大發(fā)電機組（大于500kW）并網(wǎng)運行。主要完成下列自動控制功能：大風情況下當風速達到停機風速時風力發(fā)電機組應(yīng)葉尖限速脫網(wǎng)抱液壓機械閘停機而且在脫網(wǎng)同時風力發(fā)電機組偏航90176。停機后待風速降低到大風開機風速時風力發(fā)電機組又可自動并入電網(wǎng)運行。為了避免小風時發(fā)行頻繁開、停機現(xiàn)象在并網(wǎng)后10分內(nèi)不能按風速自動停機。同樣在小風自動脫網(wǎng)停機后5分內(nèi)不能軟切并網(wǎng)。當風速小于停機風速時為了避免風力發(fā)電機組長期逆功率運行造成電網(wǎng)損耗應(yīng)自動脫網(wǎng)使風力發(fā)電機組處于自由轉(zhuǎn)動的待風狀態(tài)。當風速大于開機風速要求風力發(fā)電機組的偏航機構(gòu)始終能自動跟風。跟風精度范圍177。15176。風力發(fā)電機組的液壓機械閘在并網(wǎng)運行、開機和待風狀態(tài)下應(yīng)該松開機械閘其余狀態(tài)下（大風停機、斷電和故障等）均應(yīng)抱閘。風力發(fā)電機組的葉尖閘除非在脫網(wǎng)瞬間、超速和斷電時釋放起平穩(wěn)剎車作用。其余時間（運行期間、正常和故障停機期間）均處于歸位狀態(tài)。在大風停機和超速停機的情況下風力發(fā)電機組除了應(yīng)該脫網(wǎng)、抱閘和甩葉尖閘停機外還應(yīng)該自動投入偏航控制使風力發(fā)電機組的機艙軸心線與風向成一定的角度增加風力發(fā)電機組脫網(wǎng)的安全度待機艙轉(zhuǎn)約90176。后機艙保持與風向偏90176。跟風控制跟風范圍177。15176。在電網(wǎng)中斷、缺相和過電壓的情況下風力發(fā)電機組應(yīng)停止運行此時控制系統(tǒng)不能供電。如果正在運行時風力發(fā)電機組遇到這種情況應(yīng)能自動脫網(wǎng)和抱閘剎車停機此時偏航機構(gòu)不會動作風力發(fā)電機組的機械結(jié)構(gòu)部分應(yīng)能承受考驗。風力發(fā)電機組塔架內(nèi)的懸掛電纜只允許扭轉(zhuǎn)177。風力發(fā)電機組應(yīng)具有手動控制功能（包括遠程遙控手操）手動控制時“自動”功能應(yīng)該解除相反的投入自動控制時有些“手動”功能自動屏蔽?？刂葡到y(tǒng)應(yīng)該保證風力發(fā)電機組的所有監(jiān)控參數(shù)在正常允許的范圍內(nèi)一旦超過極限并出現(xiàn)危險情況應(yīng)該自動處理并安全停機。 控制系統(tǒng)主要參數(shù)（1）主要技術(shù)參數(shù)主發(fā)電機輸出功率（額定） 發(fā)電機最大輸出功率 工作風速范圍 額定風速 切入風速（1min平均值） 切出風速（1min平均值） 風輪轉(zhuǎn)速 發(fā)電機并網(wǎng)轉(zhuǎn)速 發(fā)電機輸出電壓 發(fā)電機發(fā)電頻率 并網(wǎng)最大沖擊電流（有效值） 電容補償后功率因數(shù) （2）控制指標及效果方式 專用微控制器過載開關(guān) 自動對風偏差范圍 風力發(fā)電機組自動起、停機時間 系統(tǒng)測量精度 自動解纜時間 55min 手動操作響應(yīng)時間 (3)保護功能超電壓保護范圍 連續(xù)欠電流保護范圍 連續(xù)風輪轉(zhuǎn)速極限 發(fā)電機轉(zhuǎn)速極限 發(fā)電機過功率保護值 連續(xù)發(fā)電機過電流保護值 連續(xù)大風保護風速 連續(xù) 系統(tǒng)接地電阻 防雷感應(yīng)電壓 控制系統(tǒng)工作原理[6]主開關(guān)合上后，風力發(fā)電機組控制器準備自動運作。首先系統(tǒng)初始化檢查控制程序、微控制器硬件和外設(shè)、傳感器來的脈沖及比較所選的操作參數(shù)備份系統(tǒng)工作表，接著就正式起運。起動的第一秒內(nèi)先檢查電網(wǎng)、設(shè)置各個計算器、輸出機構(gòu)初始工作狀態(tài)及晶閘管的開通角。所有這些完成后，風力發(fā)電機組開始自動運行于風輪的葉尖本來是90176。，現(xiàn)在恢復(fù)為0176。，風輪開始轉(zhuǎn)動。計算機開始時監(jiān)測各個參數(shù)、輸入，判斷是否可以并網(wǎng)，判斷參數(shù)有否超過極限、執(zhí)行偏航、相位補償、機械制動或空氣制動。 風力發(fā)電機組的變距控制原理(1)變槳距風力發(fā)電機組的控制方式風力發(fā)電機組的變距系統(tǒng)主要包括兩種控制方式，即并網(wǎng)前的速度控制與并網(wǎng)后的功率控制。由于異步發(fā)電機的功率與轉(zhuǎn)速是嚴格對應(yīng)的，功率控制最終也是通過速度控制來實現(xiàn)的。變槳距風輪的葉片在靜止時節(jié)距角為90176。，這時氣流對葉片不產(chǎn)生力矩，整個葉片實際上是一塊阻尼板。當風速達到起動風速時，葉片向0度方向轉(zhuǎn)動，直到氣流對葉片產(chǎn)生一定的功角，風輪開始起運。風輪從起運到額定轉(zhuǎn)速，其葉片的節(jié)距角隨轉(zhuǎn)速的升高是一個連續(xù)變化的過程。根據(jù)給定的速度參考值調(diào)整節(jié)距角，進行所謂的速度控制。當轉(zhuǎn)速達到額定轉(zhuǎn)速后電機并入電網(wǎng)。這時，電機轉(zhuǎn)速受到電網(wǎng)頻率的牽制變化不大，主要取決于電機的轉(zhuǎn)差，電機的轉(zhuǎn)速控制實際上已轉(zhuǎn)為功率控制。為了優(yōu)化功率曲線，在進行功率控制的同時通過轉(zhuǎn)子電流控制器對電機轉(zhuǎn)差進行調(diào)整，從而調(diào)整風輪轉(zhuǎn)速。當風速較低時，風輪轉(zhuǎn)差調(diào)到很小(1%)，轉(zhuǎn)速在同步速附近；當風速高于額定風速時，電機轉(zhuǎn)差要調(diào)整到很大（10%），使葉尖速比得到優(yōu)化，使功率曲線達到理想的狀態(tài)。（2）變距控制[7]變槳距控制系統(tǒng)實際上是一個隨動系統(tǒng)，變距控制器是一個非線性比例控制器，它可以補償比例閥的死帶和極限。變距系統(tǒng)的執(zhí)行機構(gòu)是液壓系統(tǒng)，節(jié)距控制器的輸出信號經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換后變成電壓信號，控制比例閥（或電液伺服閥）驅(qū)動油缸活塞推動變距機構(gòu)，使葉片節(jié)距角變化?；钊奈灰品答佇盘栍晌灰苽鞲衅鳒y量，經(jīng)轉(zhuǎn)換后輸入比較器。 風力發(fā)電系統(tǒng)的控制策略在風力發(fā)電控制系統(tǒng)中，風輪機應(yīng)在轉(zhuǎn)速極限和功率極限內(nèi)追求在最佳Cp目標曲線附近運行，應(yīng)當把動能轉(zhuǎn)換作為設(shè)計策略的重點加以規(guī)劃；當達到轉(zhuǎn)速限值和功率標稱值時，要及時準確的進行調(diào)節(jié)，以使輸出功率平穩(wěn)。必須分清異步發(fā)電機和功率變換器的絕對極限和常用上限的差別，盡量減小對電網(wǎng)的污染